Raios x de alta energia em auroras de Júpiter são finalmente explicados

Um mistério de longa data a respeito de Júpiter — os raios x de alta energia encontrado em suas auroras — foi finalmente solucionado. De acordo com um novo estudo publicado na revista Nature Astronomy, eles são produzidos por um curioso efeito de desaceleração de elétrons na atmosfera do planeta.

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Júpiter é um planeta extremo, com campos magnéticos poderosos e interações fascinantes com suas luas. Uma delas, a lua vulcânica Io, cria uma chuva de íons (átomos despojados de seus elétrons) e elétrons livres na atmosfera jupiteriana. A magnetosfera do planeta acelera essas partículas e as canaliza em direção aos polos, onde colidem com outras partículas atmosféricas e liberam energia na forma de luz.

Os raios x emitidos pelos íons são de baixa energia, ou seja, de comprimento maior de onda. Os astrônomos usaram o Observatório de Raios X Chandra e o Observatório XMM-Newton para estudar essa radiação nas auroras de Júpiter, mas faltava algo: os raios x de alta energia (quanto menor o comprimento de onda de uma radiação, maior sua energia).

O mistério dos raios x de alta energia

A sonda Juno chegou em Júpiter em 2016 e descobriu que os elétrons enviados pelas erupções de Io também são conduzidos pelo campo magnético de Júpiter. Assim, os cientistas voltaram a desconfiar que essas interações deveriam produzir raios x de energia mais alta do que a detectada anteriormente pelo Chandra e XMM-Newton. Mas onde estavam essas luzes?

Na década de 1990, uma missão conjunta entre a NASA e a ESA (a Agência Espacial Europeia) capaz de detectar raios x de energia mais alta foi lançada em 1990 e operou até 2009. Contudo, a sonda não conseguiu encontrar nenhuma emissão desse tipo. Quando os dados da Juno trouxeram a informação dos elétrons interagindo com o campo magnético, os pesquisadores começaram a procurar a "peça" que estava faltando.

Para resolver o problema, foi preciso um instrumento mais sofisticado. Os cientistas perceberam que as ondas de alta energia são muito fracas para serem detectadas pelos instrumentos do Ulysses. Para detectá-las e comprovar a hipótese dos elétrons criando raios x energéticos, eles usaram o instrumento NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array).

O segredo para solucionar o mistério está no mecanismo que produz a luz a ser estudada. Existem muitos processos que podem criar ondas eletromagnéticas, cada um deles gera luzes de energias distintas. Para descobrir qual processo está ocorrendo no planeta, foi preciso uma observação direta da luz que as partículas emitem.

A radiação de frenagem em Júpiter

Com o NuSTAR, os pesquisadores descobriram que o mecanismo que produzia raios x de alta energia é algo conhecido pelo nome bremsstrahlung. Os elétrons da chuva vulcânica da lua Io se movimentam rapidamente até encontraram átomos carregados na atmosfera de Júpiter, e são atraídos por eles como ímãs. Isso faz com que os elétrons desacelerem rapidamente e percam energia.

Seguindo a lei universal da conservação de energia, a partícula não pode simplesmente perder essa energia de movimento ao frear. Nesse caso, a energia é convertida em raios X de alta energia (daí o nome bremsstrahlung, que significa “radiação de frenagem”, em alemão).

Usando estudos sobre os perfis de luz criadas por bremsstrahlung, os pesquisadores mostraram em seu novo estudo que os raios x devem ficar significativamente mais fracos quanto possuem energias mais altas. Isso colocou um "ponto final" no mistério da ausência de detecção nos dados da missão Ulysses.

O novo artigo será útil para além dos estudos sobre Júpiter, já que outros objetos magnéticos do universo, como os magnetares, as estrelas de nêutrons e as anãs brancas, apresentam algumas características semelhantes.

Fonte: Nature Astronomy, NASA